Чаму мы павінны выкарыстоўваць германій у якасці фотапрыёмніка

Чаму мы павінны выкарыстоўваць Ge якфотадэтэктар
1. Асноўнае пазіцыянаванне: чаму неабходна выкарыстоўваць германій у якасці фотадэтэктара
У крэмніевых аптычных злучэннях фотадэтэктары з'яўляюцца «перакладчыкамі», якія пераўтвараюць аптычныя сігналы назад у электрычныя. Аднак сам крэмній мае шырыню забароненай зоны 1,12 эВ і практычна празрысты для дыяпазонаў сувязі 1310/1550 нм, таму можна ўводзіць толькі германій (Ge).
Ge мае прамую забароненую зону 0,8 эВ, якая пакрывае камунікацыйную паласу O/C, але мае неадпаведнасць рашоткі 4,2% з крэмніем. Шчыльнасць дыслакацый для прамога росту дасягае 4 × 10⁸ см⁻², і цёмны ток цалкам адсутнічае; у той жа час Ge мае ўскосную забароненую зону, і яго каэфіцыент паглынання натуральным чынам на парадак ніжэйшы, чым у InGaAs, што з'яўляецца натуральным недахопам.
2. Прарыў у асноўным: інтэграцыя хваляводаў ліквідуе вузкае месца ў прадукцыйнасці
«Даўжыня паглынання = шлях збору носьбіта» традыцыйных фотадэтэктараў вертыкальнага падзення мае вагальную «прапускную здольнасць» з верхняй мяжой усяго 7 ГГц;
У цяперашні час асноўныя маршруты прылад падзяляюцца на тры катэгорыі:
Вертыкальны кантакт: гэты працэс з'яўляецца самым простым і распаўсюджаным у галіны, дасягаючы хуткасці 40 Гбіт/с пры нулявым зрушэнні і прапускной здольнасці >60 ГГц;
Металічны паўправадніковы метал MSM: няма неабходнасці ў высокатэмпературным легіраванні, можа быць інтэграваны ў бэкэнд, мае высокі цёмны ток і прапускную здольнасць больш за 40 ГГц;
Высакаякасныя варыянты:Фотадэтэктары бегучай хваліДля мікрахвалевых фатонных ліній выкарыстоўваюцца фотадэтэктары з адной носьбітам (TWPD) і адналінейныя фотадэтэктары з адной носьбітам (UTC), якія ўраўнаважваюць высокую прапускную здольнасць і высокі фотаток насычэння.
3. Матэрыялы і майстэрства: ператварэнне «дэфектаў» у перавагі
У адказ на неадпаведнасць рашоткі і недахопы ў прадукцыйнасці, галіна распрацавала сталыя рашэнні:
Двухэтапны метад эпітаксіі: спачатку вырошчваецца нізкатэмпературны буферны пласт таўшчынёй 30-50 нм, а затым тэмпература павышаецца да дасягнення мэтавай таўшчыні, што зніжае шчыльнасць дыслакацый да ~10⁷ см⁻²;
Інжынерыя дэфармацый: розніца ў каэфіцыентах цеплавога пашырэння паміж Ge і Si прывядзе да двухвосевай дэфармацыі расцяжэння на 0,2% у плёнцы Ge, што прывядзе да прамога памяншэння шырыні забароненай зоны з 0,8 эВ да 0,77 эВ і пашырэння краю паглынання з 1,55 мкм да 1,61 мкм, ахопліваючы ўсю паласу C+L, і нават каэфіцыент паглынання ў паласе L можа адпавядаць каэфіцыенту паглынання InGaAs;
Інтэграцыя CMOS: яна ўсё яшчэ знаходзіцца на стадыі даследавання. Інтэграцыя пярэдняга канца (FEOL) павінна вытрымліваць высокія тэмпературы вышэй за 750 ℃, у той час як інтэграцыя задняга канца (BEOL) тэмпературна-бяспечныя, але без крышталічных падложак і пакуль не сфарміравана адзінага сталага рашэння. У цяперашні час галіна ў цэлым выкарыстоўвае змешаны шлях «90% адначыпавага + знешнілазер«.